JP2008027800A - プラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラスペーストの塗布に際して生じる巻込み泡の残存を低減し、それによって均質性および透明性の良好な誘電体層を提供する。
【解決手段】電極が配列された基板上にガラスペーストを印刷し、印刷したガラスペーストを真空度が常圧よりも低く１０００Ｐａよりも高い減圧下で乾燥させ、その後に常圧下で焼成する。乾燥に際して、常温よりも高く２００℃以下の温度にガラスペーストを加熱する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラズマディスプレイパネルにおける電極を被覆する誘電体層の形成方法に関する。

プラズマディスプレイパネルは、前面板と背面板とが放電ガス空間を挟んで貼り合わさったデバイスである。前面板および背面板は、それぞれがガラス基板とこれに固着する電極を含む複数の要素から構成される。

カラー映像の表示に有用なＡＣ型のプラズマディスプレイパネルは、電極を被覆する誘電体層を有する。誘電体層は電極と放電ガス空間との間に介在し、誘電体層には壁電荷と呼ばれる電荷が帯電する。ＡＣ型のプラズマディスプレイパネルによる表示は壁電荷の帯電により生じる壁電圧を利用する。

一般に、誘電体層は低融点ガラスからなり、ガラスフリットを焼成する厚膜法によって画面全体にわたるように形成される。形成には、ガラスフリット、バインダ、フィラー、および溶剤からなるガラスペーストが用いられる。ガラスペーストは、電極の配列されたガラス基板上にスクリーン印刷や各種のコータによって所定厚さに塗布される。その後、ガラスペーストは乾燥工程および焼成工程を順に経てガラス質の誘電体層になる。乾燥工程では、ガラス基板に熱歪が生じない２００℃以下の温度にガラスペーストが加熱され、ガラスペースト中の溶剤が蒸発する。焼成工程では、乾燥状態のガラスペーストがガラスフリットの軟化する温度まで加熱される。昇温の途中でバインダが焼失し、その後のガラスフリットの軟化によってガラス基板の表面は溶融状態のガラスで覆われ、ガラス基板の冷却によって溶融状態のガラスは固化する。

誘電体層の形成における問題の１つに気泡の残存がある。気泡は誘電体層の絶縁性を低下させ、異常放電を起こり易くする。また、気泡によって誘電体層の光の透過率が下がる。透光性は誘電体層が前面板に配置される構造において重要である。

気泡の低減に関して、特開２００２−１３３９４７号公報は、ガラスペーストを作製する際にガラスフリットと他の成分（バインダや溶剤）との混練を大気圧未満の雰囲気圧力の下で行うことを開示している。また、特開２００１−１６６２８５号公報は、ガラスペーストの焼成を１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）程度の真空中で行うことを開示している。
特開２００２−１３３９４７号公報 特開２００１−１６６２８５号公報

焼成後の誘電体層に残存する気泡には、ガラスペーストを塗布する際にガラスペーストとガラス基板との間に空気が入り込むことに起因するものがある。このいわゆる巻込み泡は上記特許文献１で開示されたペースト作製過程での真空脱泡によっては除去されない。また、上記特許文献２で開示された真空焼成によっても巻込み泡を除去するのは困難である。それは、乾燥工程を経たガラスペースト層の粘度は高いので、ガラスペースト層の最下部から表面まで層内を泡が移動しにくいからである。脱泡のために比較的に粘度の低い高温状態を長く保つようにすると、失透の原因となるガラスの結晶化が進んでしまう。真空焼成において真空度を高めると、脱泡は促進されるものの、結晶化を防止するフィラーが排出されて結晶化が進むおそれがある。さらに、真空焼成を行うには、ガラス基板を高温に加熱しかつ雰囲気を真空に保つ大掛かりな製造設備が必要である。

本発明の目的は、ガラスペーストの塗布に際して生じる巻込み泡の残存を低減し、それによって均質性および透明性の良好な誘電体層を提供することである。

上記目的を達成するプラズマディスプレイパネルの誘電体層の形成方法は、電極が配列された基板に付着するガラスペースト層を減圧下で乾燥させ、その後に常圧下で焼成するものである。

乾燥の開始段階におけるガラスペースト層は液状に近い流動性をもつ層であるので、乾燥を常圧（大気圧）よりも低い減圧雰囲気で行うことによって、ガラスペースト層内の気泡が雰囲気中へ吸い出される。焼成に際して雰囲気を常圧とすることによって、ガラスペースト中のフィラーの消失を低減することができる。

本発明によれば、ガラスペーストの塗布に際して生じる巻込み泡の残存を低減し、それによって均質性および透明性の良好な誘電体層を形成することができる。

図１は典型的なプラズマディスプレイパネルのセル構造を示す分解斜視図である。図では内部構造を解り易くするために前面板１０と背面板２０とを分離させて描いてある。

プラズマディスプレイパネル１は前面板１０、背面板２０、および図示しない放電ガスによって構成され、別個に作製した前面板１０と背面板２０とを貼り合わすことによって製造される。

前面板１０および背面板２０はともに画面よりも大きいガラス基板に電極を含む複数の要素が固着した構造体である。前面板１０は、ガラス基板１１、第１の行電極Ｘ、第２の行電極Ｙ、誘電体層１７、および保護膜１８を備える。背面板２０は、ガラス基板２１、列電極Ａ、誘電体層２４、複数の隔壁２３、赤（Ｒ）の蛍光体２４、緑（Ｇ）の蛍光体２５、および青（Ｂ）の蛍光体２６を備える。

行電極Ｘおよび行電極Ｙは、面放電を生じさせる電極としてガラス基板１１の内面に交互に配列されている。これら電極のそれぞれは、パターニングされた透明導電膜１２および金属膜１３からなる。誘電体層１７は画面の全体にわたって拡がり、行電極Ｘ，Ｙを被覆する。保護膜１８は誘電体層１７に対するスパッタリングを防ぐ。

以下、このようなプラズマディスプレイパネル１の製造における前面板１０の誘電体層１７の形成に適用するものとして、本発明の実施例を説明する。

誘電体層１７の形成に先立って行電極Ｘ，Ｙを形成する。まず。厚さ数千ÅのＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）をスパッタリングによってガラス基板１１に被着させ、フォトリソグラフィによって帯状にパターニングする。これにより透明導電膜１２を得る。次に、感光性の銀ペーストをガラス基板１１に塗布し、フォトリソグラフィによって帯状にパターニングした後、例えば５５０℃程度の温度で焼成する。これにより金属膜１３を得る。なお、金属膜１３を薄膜(例えばクロム−銅−クロムの積層)としてもよい。

誘電体層１７の形成には厚膜法を用いる。すなわち、電極を配列したガラス基板１１に材料を層状に被着させて焼成する。材料としてガラスフリットとバインダとを混ぜ合わせて溶剤で粘度を調整したガラスペーストを用意し、スクリーン印刷またはダイコートなどの手法によってガラス基板１１に被着させる。ガラス基板１１の上でガラスペーストを乾燥させ、その後にガラスペーストを焼成する。その際、乾燥を減圧下で行い、焼成を常圧下で行う。

図２は誘電体層の形成に係る熱処理の温度設定および圧力設定を示す。熱処理は乾燥処理およびそれに続く焼成処理である。

乾燥処理では、ガラスペーストが塗布されたガラス基板１１を減圧の可能な乾燥用の炉に導入し、常温から温度Ｔ１まで加熱する。温度Ｔ１は、急激な加熱と冷却とを行ってもガラス基板１１に熱的な損傷がほとんど現れない１００〜２００℃の範囲内の温度である。

温度Ｔ１への加熱と並行して炉内の真空排気を行い、乾燥雰囲気を常圧から圧力（真空度）Ｐ１へ減圧する。圧力Ｐ１としては１０^５〜１０^３Ｐａの範囲内の圧力が実用上好ましい。圧力Ｐ１が低いほど（真空度が高いほど）、脱泡が促進される。ただし、低真空であってもそれに晒す時間を長くすることで十分な脱泡効果が得られる。一方、高真空を得るには高性能の排気系が必要である。また、圧力Ｐ１が過剰に低い場合には、ペースト層内の気泡が表面に激しく析出するので、形成される誘電体層の表面が粗くなる。

温度Ｔ１を１０〜３０分程度の時間にわたって保ち、ガラスペースト中の溶剤を蒸発させる。このとき、圧力Ｐ１を保つように真空排気を制御する。これにより、塗布以前のガラスペーストに含まれていた気泡および塗布に際して入り込んだ巻込み泡がガラスペーストから抜け出る。

冷却を行ってガラス基板１１を常温に戻すとともに炉内を常圧に戻す。ガラス基板１１を炉から搬出し、乾燥処理を終える。

焼成処理は大きく分けて６つの段階からなり、その概要は次のとおりである。（１）乾燥後のガラスペースト層が付着したガラス基板１１を常温からバインダの焼失する温度Ｔ２まで加熱する。（２）一定時間にわたって温度Ｔ２を維持し、バインダを焼失させる。（３）温度Ｔ２から温度Ｔ３まで加熱する。温度Ｔ３はガラスフリットの軟化点に近い温度である。（４）一定時間にわたって温度Ｔ３を維持し、ガラスフリットからなる層の全体を軟化させる。結晶化による失透を避けるため、この時間を最低限に設定するのが望ましい。（５）温度Ｔ３からガラスフリットの歪点よりも低い所定の温度Ｔ４まで徐冷する。（６）温度Ｔ４から１００℃以下の放置温度（例えば常温）まで急冷する。

このような６段階の焼成処理の開始から終了まで雰囲気を常圧とする。これにより、減圧下での焼成とは違って、ガラスペーストに添加された各種のフィラーが雰囲気中へ吸い出されることがほとんどない。例えば、結晶化を防ぐアルカリ金属が減少すると、ガラスフリットの結晶化が進んで溶融温度が上昇するので、設定した温度Ｔ３では軟化が不十分になる。常圧の焼成ではこのような不都合が起こりにくい。

ガラス基板１１として、厚さ２．８ｍｍ、熱膨張係数が８３×１０^-7／℃（３０〜３００℃の平均）の高歪点ガラスを用いた。誘電体材料として、酸化鉛を含まず軟化点が５８３℃で熱膨張係数が７３．５×１０^-7／℃（３０〜３００℃の平均）のガラスフリットを用いた。このガラスフリットを主成分とするガラスペーストをガラス基板１１に約５０μｍの厚さに印刷した。

乾燥処理においては、温度Ｔ１を１５０℃、温度Ｔ１および圧力Ｐ１の保持時間を２０分、圧力Ｐ１を１×１０^４Ｐａに設定して炉内の温度および圧力を制御した。焼成処理においては、温度Ｔ２を３５０℃、温度Ｔ２の保持時間を３０分、温度Ｔ３を５８０℃、温度Ｔ３の保持時間を１０分に設定して炉内の温度を制御した。

比較例として、乾燥処理を減圧下に代えて常圧下で行う以外は実施例１と同じ材料および処理条件で誘電体層を形成した。

実施例１および比較例１のそれぞれにおいて複数個の試料を作製した。試料とは、誘電体層１７の形成を終え、保護膜１８を形成する以前の段階の前面板１０である。

これら試料について、耐圧試験および可視光の拡散透過率の測定を行った。耐圧試験では、ガラス基板１１のほぼ全長にわたる行電極の一端部と、行電極を覆う誘電体層における基板中央付近の表面とに電圧源の端子を当接させた。

実施例１に係る試料における耐圧の平均値は２．０ｋＶであった。これに対して、比較例に係る試料における耐圧の平均値は１．６６ｋＶであった。

透光性については、３８０〜７８０ｎｍの可視光波長域の全域にわたって、実施例１に係る拡散透過率が比較例に係る拡散透過率よりも大きい値であった。例えば波長４８５ｎｍでは、比較例に係る拡散透過率が７８．４％であるのに対して、実施例１に係る拡散透過率は８５％であって比較例の値と比べて６．６ポイント大きい。

これらの結果は、乾燥処理を減圧下で行うことが誘電体層の絶縁性および透明性の向上に有効であることを示している。上記の試料を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、比較例の誘電体層では厚さ方向に満遍なく気泡が存在しているのに対して、実施例１の誘電体層では表面付近に僅かに残存が認められるが、最下部を含めて全体的に比較例よりも緻密であることを確認することができた。

以上の実施形態において、熱履歴および雰囲気の圧力の設定は、ガラス基板の材質や厚さ、誘電体材料であるガラスフリットの材質、ガラス基板に被着させるガラスフリット層の厚さ、およびペーストの粘度などに応じて適宜変更すべきものである。前面板に限らず、背面板の作製にも本発明を適用することができる。

本発明は、プラズマディスプレイパネルの製造において良質の誘電体層を形成する技術の確立に貢献し、プラズマディスプレイパネルの量産に有用である。

典型的なプラズマディスプレイパネルのセル構造を示す分解斜視図である。 誘電体層の形成に係る熱処理の温度設定および圧力設定を示す図である。

符号の説明

１ プラズマディスプレイパネル
１１ ガラス基板
１７ 誘電体層

Claims (4)

1. プラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法であって、
   電極が配列された基板に付着するガラスペースト層を減圧下で乾燥させ、その後に常圧下で焼成する
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
2. プラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法であって、
   電極が配列された基板上にガラスペーストを印刷し、
   印刷したガラスペーストを減圧下で乾燥させ、その後に常圧下で焼成する
   ことを特徴とするプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
3. 乾燥に際して、常温よりも高く２００℃以下の温度に前記ガラスペーストを加熱する
   請求項１または請求項２に記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。
4. 乾燥に際して、真空度が常圧よりも低く１０００Ｐａよりも高い雰囲気に前記ガラスペーストを晒す
   請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプラズマディスプレイパネルの誘電体層を形成する方法。